Агрегатні стани води — твердий, рідкий, газоподібний, плазма

Агрегатні стани водиЗ раннього дитинства, ще в школі, ми вивчаємо різні агрегатні стани води: туман, дощові опади, град, сніг і все тому подібне. Існує три стани води, які в школі вивчають детально. Вони щодня зустрічаються нам у житті і впливають на життєдіяльність. Агрегатні стани – це стан води при певному температурному режимі і тиску, яке характеризується в межах деякого інтервалу.

Агрегатні стани води на Землі

У природі вода міститься в трьох станах:

  • твердий стан (сніг, град, лід);
  • рідкий стан (вода, туман, роса і дощ);
  • газоподібний стан (пар).

До основного поняття стану води слід внести уточнення — стан туману і хмарний стан не відносяться до газоутворення. Вони з’являються при конденсації водяної пари. Унікальна властивість води перебувати у трьох різних агрегатних станах. Три стани води життєво важливі для планети, вони утворюють гідрологічний цикл, забезпечують процес кругообігу води в природі. У школі показують різні досліди по випаровуванні і конденсації. У будь-якому куточку природи вода вважається джерелом життя. Є і четвертий стан, не менш важливе – плазма.

Тверде, рідке, газоподібне — основні агрегатні стани води

Отже, три основні стани води: рідкий, твердий й газоподібний – це практично 100% від її загального обсягу. Існує також кілька різних варіацій, які відрізняються від загальновизнаних, але про них можна поговорити трохи пізніше. Для того щоб краще розібратися в станах води, необхідно дізнатися про те, чим вони відрізняються один від одного, як вони переходять з одного в інше і, що найголовніше, як вони з’являються. Інакше кажучи, причини переходу

Твердий агрегатний стан води — лід

У твердому стані зберігається форма і об’єм. При зниженій температурі речовина замерзає і перетворюється на тверде тіло. Якщо вода знаходиться в середовищі з високим тиском, температура затвердіння повинна бути вищою. Тверде тіло буває кристалічним і аморфним. У кристалі положення атома повністю контрольований. Форми кристалів природні і нагадують багатогранник. В аморфному тілі точки розташовані хаотично і коливаються, в них зберігається лише найблищий порядок.

Агрегатний стан води — лід

Лід, який на полюсах покриває нашу планету товстим шаром у кілька кілометрів, який існує на гірських вершинах, і який часом спускається навіть до 50-их паралелей у вигляді айсбергів. Таким чином, незважаючи на те, що лід у нормальному стані являє собою тверду і щільну речовину, руйнується він дуже легко. Володіє оригінальними властивостями часткового плавлення при сильному нагріванні, але в цілому може зберігатися дуже довго, знижуючи температуру навколишнього середовища. Протилежна властивість також доступна, оскільки стан води часто залежить від температури. Адже поява граду влітку – це явище різкого зниження температури у верхніх шарах атмосфери.

Рідкий агрегатний стан води

У рідкому стані вода зберігає свій об’єм, але її форма не зберігається. Вивчаючи в школі питання рідкого стану, слід розуміти, що це проміжний стан між твердим станом і газоподібним. Рідина може бути чистково «не чистою», у вигляді суміші. Деякі суміші дуже важливі для життя, наприклад кров або морська вода. Рідини можуть виконувати функцію розчинника.

Агрегатний стан води — рідкий

Давайте почнемо з самого простого: рідкий стан. Він характеризується основними параметрами будь-якої рідини. Рідина займає наданий їй об’єм, тобто, як би ви не намагались налити воду в склянку, в ньому з часом все одно не залишиться ні краплі повітря: весь він буде витіснений вологою. Вода ваща за повітря, тому завжди буде знизу. В чистій воді немає ніяких домішок, тому вона прозора, не має смаку і запаху. Якщо ж мова йде ту рідину, яку видобувають із свердловин або ключів, то в ній дуже часто розчинені мінерали і солі, які надають воді специфічний смак. У такому стані у води часто може відчуватися який-небудь присмак, але є безліч способів для того, щоб від нього позбутися.

Стан газу

В газоподібному стані форма і об’єм не зберігаються. По-іншому газоподібний стан, вивчення якого відбувається ще в школі, називається водяною парою. Досліди показують наочно, що пар невидимий, він розчинний у повітрі, і показує відносну вологість. Розчинність залежить від температури і тиску. Насичений пар і точка роси – це показник граничної концентрації. Пар і туман це різні агрегатні стани.

Агрегатний стан води — газ

За фактом, газоподібний стан на всі сто відсотків відноситься до одного агрегатного стану, проте в різних погодних умовах може відбуватися і плавний перехід до нормального, рідкого стану. Але про все по порядку. Як і будь-який інший газ, водяна пара може займати наданий обсяг, має рівномірний тиск у будь-якому напрямку, тому цей аспект легко використовувати для того, щоб отримати енергію руху. Всі можуть собі уявити, волога, що перейшла в пар, має ті ж самі молекули, тільки відстань між ними стає більше. Якщо, наприклад, у твердому стані відстань між молекулами мінімальна, то в газоподібному стані вона досить велика.

Четвертий агрегатний стан — плазма

Вивчення плазми і сучасні досліди стали доступними для розгляду набагато пізніше. Плазмою називається частково або повністю іонізований газ, він виникає у стані рівноваги при високій температурі. В умовах землі буде утворюватись газовий розряд. Властивості плазми визначають, його газоподібний стан, величезну роль у всьому цьому відіграє електродинаміка. Серед агрегатних станів плазма найпоширеніша у Всесвіті. Вивчення зірок і міжпланетного простору показало, що речовини перебувають у стані плазми частіше за все.

Агрегатний стан води — плазма

Як змінюються агрегатні стани?

Зміна процесу переходу з одного стану в інше:

  • рідина — пар (пароутворення та кипіння);
  • пар — рідина (конденсація);
  • рідина — лід (кристалізація);
  • лід – рідина (плавлення);
  • лід – пара (сублімація);
  • пар – лід, утворення інею (десублімація).

Агрегатні стани водиВода визнана цікавим природним земним мінералом. Питання і вивчення складні і потребують постійного оновлення. Якщо виникають питання, то досліди наочно дають розібратися в розказаному на уроці матеріалі. При випаровуванні рідина переходить у стан газу, процес здатний початися вже з нуля градусів. При підвищенні температури збільшується випаровування. Інтенсивність цього підтверджують досліди кипіння при 100 градусах. Питання випаровування розглядають на прикладах випаровуванні з поверхонь озер, річок і навіть з суші. При охолодженні стається процес зворотного перетворення, коли з газу утворюється рідина. Цей процес називається конденсацією, коли з водяної пари, що знаходиться в повітрі утворюються дрібні крапельки хмари.

Яскравим прикладом є ртутний градусник, в якому ртуть представлена у рідкому стані, при температурі 39 градусів ртуть стає твердим тілом. Змінити стан твердого тіла можна, але це потребує додаткових зусиль, наприклад при згинанні цвяха. Найчастіше школярі ставлять запитання, про те, як же надають форму твердому тілу. Цим займаються на заводах і в спеціалізованих цехах на спеціальному обладнанні. Абсолютно будь-яка речовина може існувати в трьох станах, у тому числі і вода, це залежить від фізичних умов. При переході води з одного стану в інший змінюється молекулярне розташування, рух, при цьому склад молекули не змінюється. Експериментальні завдання допоможуть поспостерігати за такими цікавими станами.

Перенесення енергії при переході станів

Таким чином, три стани можна характеризувати, як відмінні один від одного через те, що відстань між молекулами різна. Крім того, між молекулами можуть перебувати домішки. Проте при зміні агрегатного стану вони часто залишаються самі по собі. За рахунок того, що волога вбирає в себе енергію або навпаки, віддає її, можна отримати різні за своєю складністю установки. Між холодильником і паровим котлом є ще кілька десятків різноманітних пристроїв, які передають енергію за рахунок вологи.

Втім, про ці пристрої напевно вже багато разів розповідали раніше. Тим не менш, не потрібно забувати про те, що використання енергії води при переході в різні стани дозволяє створювати екологічно чисті двигуни. Адже навіть лід в його твердому стані можна використовувати для цих же цілей. Як і вода, він відмінно передає енергію. Тому тверду речовину дуже легко використовувати, як і інші джерела що зберігають молекулярну(теплової) енергію.

Author: Alex